多脉波整流器直流侧功率因数校正技术研究

摘要

随着电力电子技术的发展，大功率整流器在各个领域得到了广泛的应用。但是整流器件的强非线性和时变性给电网带来了严重的谐波污染。多脉波整流技术是解决大功率整流系统谐波污染的主要方法之一。为了进一步提高多脉波整流器的谐波抑制性能，本文将多脉波整流技术与直流侧谐波抑制技术相结合，在常规12脉波整流器的基础上，研究了一种带Boost变换器的12脉波整流器，在有效抑制输入电流谐波的同时提高了系统的功率密度。
　　为减小整流器的体积，提高系统功率密度，研究了星形联结自耦变压器的最优结构。通过定义位置参数和比例参数，描述了星形联结自耦变压器的绕组结构；通过计算位置参数和比例参数间的数量关系，推导了不同绕组结构下的绕组电压和绕组电流；通过建立等效容量与位置参数的关系，从最小等效容量的角度出发，得到了星形联结自耦变压器的最优结构。实验结果表明，结构最优的星形联结自耦变压器的等效容量为仅为21.18%，每个芯柱仅含有3个绕组，具有最简绕组结构。
　　为在直流侧抑制12脉波整流器输入电流谐波，研究了12脉波整流器直流侧谐波抑制机理。利用开关函数法，分析了交流侧与直流侧的电流特性，得到了整流器交流侧输入电流与直流侧电感电流的函数关系，明确了直流侧电感电流的调制方案；计算了采用直流侧调制后系统磁性器件的容量，并与常规12脉波整流器进行了对比。理论分析表明，当电感电流调制为特定正弦包络线时，输入电流为理想正弦波；加入直流侧调制后会改变星形联结自耦变压器的绕组电流，会导致星形自耦变压器的容量增加。
　　为验证直流侧谐波抑制方法对12脉波整流器输入电流谐波的抑制作用，对带Boost变换器的12脉波整流器进行了仿真和实验分析。从输入电流谐波最小的角度出发，设计了驱动电路以及控制电路各模块的硬件电路，同时确定了主电路中器件的参数及选型；利用Matlab/Simulink，搭建了带Boost变换器的12脉波整流器的仿真模型，并研制了一台1.2kW的实验样机。仿真和实验结果表明，该整流器能具有优良的谐波抑制性能，其输入电流谐波总畸变率（THD， Total Harmonic Distortion）为4.6%；同时，该整流具有较高的功率密度，其磁性器件等效容量为28.21%。

目录

第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 多脉波整流器直流侧谐波抑制方法研究现状

1.3 本文主要研究内容

第2章 星形联结自耦变压器的最优结构研究

2.1 12脉波整流器对星形联结自耦变压器的要求

2.2 星形联结自耦变压器绕组结构

2.3 位置系数与变压器容量的关系

2.4 实验验证

2.5 本章小结

第3章 12脉波整流器特性及磁性器件容量分析

3.1 常规12脉波整流器容量分析

3.2 带Boost变换器的12脉波整流器

3.3 直流侧谐波抑制对星形联结自耦变压器容量的影响

3.4 本章小结

第4章 带Boost变换器的12脉波整流器电路设计

4.1 带Boost变换器的12脉波整流器电路结构设计

4.2 整流器主电路器件选型及参数设计

4.3 控制电路及驱动电路设计

4.4 本章小结

第5章 直流侧谐波抑制方法性能的仿真与实验验证

5.1 多脉波整流器及其参数

5.2 直流侧谐波抑制性能的仿真验证

5.3 实验结果分析

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

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致谢